ADSL寬帶接入技術(shù)的原理和應(yīng)用

1、寬帶接入技術(shù)的原理和應(yīng)用文章來源：（emook） 寬帶接入技術(shù)的原理和應(yīng)用 近幾年來, 用戶接入的廣闊市場越來越成為各ISP爭奪的陣地,用戶接入網(wǎng)（從本地電話局到用戶之間的部分）是電信網(wǎng)的重要組成部分，是電信網(wǎng)的窗口，也是信息高速公路的"最后一英里"(the last mile)。為實(shí)現(xiàn)用戶接入網(wǎng)的數(shù)字化、寬帶化，用光纖作為用戶線是用戶網(wǎng)今后發(fā)展的必然方向，但由于光纖用戶網(wǎng)的成本過高，在今后的十幾年甚至幾十年內(nèi)大多數(shù)用戶網(wǎng)仍將繼續(xù)使用現(xiàn)有的銅線環(huán)路，近年來人們提出了多項(xiàng)過渡性的寬帶接入網(wǎng)技術(shù)，其中ADSL（不對稱數(shù)字用戶環(huán)路）和 HFC (光纖同軸混合網(wǎng))是最具有競爭力的兩

2、種。 圖1-1： ADSL方式的用戶接入 ADSL技術(shù)能利用現(xiàn)有的市話銅線進(jìn)行信號(hào)傳輸，其最高速率：下行信號(hào)（從端局到用戶）為9Mbps，上行信號(hào)（從用戶到端局）為1Mbps?，F(xiàn)有的市話銅線網(wǎng)的用戶數(shù)目十分龐大，而ADSL能對現(xiàn)有的市話銅線進(jìn)行充分的利用，可以有效地保護(hù)原有的網(wǎng)絡(luò)資源。 近年來，Internet以驚人的速度發(fā)展，Internet的用戶眾多，分布廣泛，但現(xiàn)有的用戶網(wǎng)所能提供的用戶接入速率太低，難以滿足Internet飛速發(fā)展的需要，這正為ADSL的發(fā)展提供了一個(gè)機(jī)遇。由于市話銅線現(xiàn)在已與所有的Internet用戶相連接，一旦ADSL技術(shù)發(fā)展成熟，必將成為各電話公司和Interne

3、t用戶的首選方案。 一、ADSL原理和技術(shù)性能 現(xiàn)存的用戶環(huán)路主要由UTP（非屏蔽雙絞線）組成。UTP對信號(hào)的衰減主要與傳輸距離和信號(hào)的頻率有關(guān)，如果信號(hào)傳輸超過一定距離，信號(hào)的傳輸質(zhì)量將難以保證。此外，線路上的橋接抽頭也將增加對信號(hào)的衰減。 因此，線路衰減是影響ADSL性能的主要因素。ADSL通過不對稱傳輸，利用頻分復(fù)用技術(shù)（或回波抵消技術(shù)）使上、下行信道分開來減小串音的影響，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高速傳送。 為了可以利用多個(gè)信道, ADSL modem采用兩種方式劃分可以利用的電話線路的帶寬:FDM技術(shù)(Frequency Division Multiplexing)或回波抵消技術(shù)（Echo Ca

4、ncellation）技術(shù). 如圖1-2示. FDM方式將頻帶劃分為上行部分和下行部分, 下行通道在被時(shí)分復(fù)用(Time Division Multiplexing)為一個(gè)或多個(gè)高速信道和低速信道; 而上行通道也會(huì)被復(fù)用為相應(yīng)的低速信道。 回波抵消技術(shù)（Echo Cancellation）使上行通道和下行通道在頻帶上的重疊部分相互抵消，通過本地的回波抵消技術(shù)可以有效地分開上、下行信道， 減小串音對信道的影響，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高速傳送。這種技術(shù)已應(yīng)用于V.32和V.34協(xié)議的modem產(chǎn)品中。 圖1-2 FDM技術(shù)和回波抵消技術(shù)原理示意圖 衰減和串音是決定ADSL性能的兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)損傷。傳輸速率越高，

5、它們對信號(hào)的影響也越大，因此ADSL的有效傳輸距離隨著傳輸速率的提高而縮短。附表列出了正常情況下24號(hào)線規(guī)UTP的下行速率和有效傳輸距離的關(guān)系。表中的VDSL是甚高速ADSL。雖然VDSL的有效傳輸距離比ADSL更短，但是在VDSL光纖到路邊(FTTC)或光纖到大樓(FTTB)后，VDSL可用于大樓內(nèi)部辦公室或家庭間的連接。 ADSL接入網(wǎng)線路長度若為5.5km，則可覆蓋80%以上的現(xiàn)有電話用戶；線路長度若為3.7km，則可覆蓋50%以上的現(xiàn)有用戶，用戶小區(qū)以外的分散用戶可通過基于光纖的集線器節(jié)點(diǎn)接入到網(wǎng)絡(luò)中。串音噪聲通常是穩(wěn)定的，因此比較容易對其進(jìn)行研究并加以克服；而沖擊噪聲在頻率、周期、相

6、位等方面都是隨機(jī)的，對期難以建模和研究。 二、ADSL系統(tǒng)的接入方式和接入模型 以下為ADSL系統(tǒng)連接方式的功能模塊圖。 圖1-3 ADSL系統(tǒng)連接方式的功能模塊圖 Server: 應(yīng)用服務(wù)器 Internet:IP互聯(lián)網(wǎng) CORE Network: 骨干網(wǎng)絡(luò)(一般為ATM骨干網(wǎng)) ADSL: 在局端的部分為ADSL局端設(shè)備, 在用戶端的為ADSL用戶端設(shè)備 Existing Copper:連接用戶端和局端的普通雙絞銅線. ADSL的接入模型主要有中央交換局端模塊和遠(yuǎn)端模塊組成。 圖1-4 ADSL的接入模型 中央交換局端模塊包括在中心位置的ADSL Modem和接入多路復(fù)合系統(tǒng)，處于中心位置

7、的ADSL Modem被稱為ATUC（ADSL Transmission UnitCentral）。接入多路復(fù)合系統(tǒng)中心Modem通常被組合成一個(gè)被稱作接入節(jié)點(diǎn)，也被作"DSLAM"（DSL Access Multiplexer）。 遠(yuǎn)端模塊由用戶ADSL Modem 和濾波器組成，用戶端ADSL Modem通常被稱為ATUR（ADSL Transmission UnitRemote）。 圖1-5 ADSL用戶在用戶端的設(shè)備連接圖 三、ADSL的調(diào)制和解調(diào)技術(shù) 目前被廣泛采用的ADSL調(diào)制技術(shù)有3種：QAM(quadatureampli-tudemodulation)、CA

8、P(carrierlessamplitude-phasemodulation)、DMT(discretemultitone)，其中調(diào)制技術(shù)被標(biāo)準(zhǔn)化小組T1E1.4制訂的國家標(biāo)準(zhǔn)所采用。但由于此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)推出時(shí)間不長,目前仍有相當(dāng)數(shù)量的ADSL產(chǎn)品采用QAM或CAP調(diào)制技術(shù)。 3.1QAM調(diào)制技術(shù) QAM調(diào)制器的原理圖是發(fā)送數(shù)據(jù)在比特符號(hào)編碼器內(nèi)被分成兩路(速率各為原來的12)，分別與一對正交調(diào)制分量相乘，求和后輸出。與其它調(diào)制技術(shù)相比,QAM編碼具有能充分利用帶寬、抗噪聲能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 圖1-6 16-QAM調(diào)制原理圖 如圖1-6示。在16-QAM的QAM調(diào)制中, 2 bits被編碼表示相位的變化

9、，另外2 bits被用來表示幅度的變化,所以用了4 bits來表示. QAM用于ADSL的主要問題是如何適應(yīng)不同電話線路之間性能較大的差異性。要取得較為理想的工作特性,QAM接收器需要一個(gè)和發(fā)送端具有相同的頻譜和相位特性的輸入信號(hào)用于解碼,QAM接收器利用自適應(yīng)均衡器來補(bǔ)償傳輸過程中信號(hào)產(chǎn)生的失真,因此采用QAM的ADSL系統(tǒng)的復(fù)雜性主要來自于它的自適應(yīng)均衡器。 3.2CAP調(diào)制技術(shù)（Carrierless Amplitude Modulation/Phase Modulation） CAP調(diào)制技術(shù)是以QAM調(diào)制技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展而來的,可以說它是QAM技術(shù)的一個(gè)變種,其調(diào)制器原理如圖2所示。輸入

10、數(shù)據(jù)被送入編碼器，在編碼器內(nèi)，m位輸入比特被映射為個(gè)不同的復(fù)數(shù)符號(hào)由K個(gè)不同的復(fù)數(shù)符號(hào)構(gòu)成k-CAP線路編碼。編碼后和被分別送入同相和正交數(shù)字整形濾波器，求和后送入轉(zhuǎn)換器，最后經(jīng)低通濾波器信號(hào)發(fā)送出去。CAP技術(shù)用于ADSL的主要技術(shù)難點(diǎn)是要克服近端串音對信號(hào)的干擾.一般可通過使用近端音串音抵消器或近端串音均衡器來解決這一問題。 3.3DMT調(diào)制技術(shù) DMT調(diào)制技術(shù)的主要原理是將頻帶(0-1.104MHZ)分割為256個(gè)由頻率指示的正交子信道（每個(gè)子信道占用4KHZ帶寬），輸入信號(hào)經(jīng)過比特分配和緩存，將輸入數(shù)據(jù)劃分為比特塊，經(jīng)TCM編碼后再進(jìn)行512點(diǎn)離散傅利葉反變換(IDFT)將信號(hào)變換到時(shí)

11、域，這時(shí)比特塊將轉(zhuǎn)換成256個(gè)QAM子字符隨后對每個(gè)比特塊加上循環(huán)前綴（用于消除碼間干擾），經(jīng)數(shù)據(jù)模變換(DA)和發(fā)送濾波器將信號(hào)送上信道在接收端則按相反的次序進(jìn)行接收解碼。 圖1-7 DMT調(diào)制技術(shù)的實(shí)例 上圖中，1 MHz的帶寬被分段為256個(gè)4 KHz的子頻帶.每個(gè)子頻帶在發(fā)送端用single-carrier調(diào)制技術(shù)調(diào)制，在接收端則接收各子頻帶并將其256路載波整合解調(diào)制。由于美國的ADSL國家標(biāo)準(zhǔn)(T1.413)推薦使用DMT技術(shù),所以在今后幾年中，將會(huì)有越越多ADSL調(diào)制解調(diào)器采用DMT技術(shù)。 業(yè)界許多專家都堅(jiān)信，以ADSL為主的xDSL技術(shù)終將成為銅雙絞線上的贏家，目前采用普通撥號(hào)

12、Modem及N-ISDN技術(shù)接入的用戶將逐步過渡到ADSL等寬帶接入方式，并最終實(shí)現(xiàn)光纖接入。 四、ADSL設(shè)備的安裝 ADSL安裝包括局端線路調(diào)整和用戶端設(shè)備安裝。在局端方面，由服務(wù)商將用戶原有的電話線中串接入ADSL局端設(shè)備，只需23分鐘；用戶端的ADSL安裝也非常簡易方便，只要將電話線連上濾波器，濾波器與ADSL MODEM之間用一條兩芯電話線連上，ADSL MODEM與計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡之間用一條交叉網(wǎng)線連通即可完成硬件安裝，再將TCP/IP協(xié)議中的IP、DNS和網(wǎng)關(guān)參數(shù)項(xiàng)設(shè)置好，便完成了安裝工作。ADSL的使用就更加簡易了，由于ADSL不需要撥號(hào)，一直在線，用戶只需接上ADSL電源便可以享受高速網(wǎng)上沖浪的服務(wù)了，而且可以同時(shí)打電話。 圖1-8 ADSL的局端線路調(diào)整和用戶端設(shè)備安裝 局域網(wǎng)用